L’EVOLUZIONE DEI
LUBRIFICANTI PER
AUTOVETTURE
Ing. M. Manni
20 gennaio 2010
1
Sommario della presentazione
1) Scenario: le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti.
2) L’evoluzione delle specifiche europee.
3) L’approccio di ENI allo sviluppo di nuovi lubrificanti.
2
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Fuel
Economy
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
3
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Fuel
Economy
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
4
LIMITI EMISSIONI PASSENGER CAR
PM
g/km
0.050
EVOLUZIONE LIMITI DI EMISSIONI NEL TEMPO
Euro 3
0.025
Euro 4
0.005
0.000
Euro 5
Euro 6
0.080
0.180
0.250
0.500
NOx
g/km
6
Sistemi di aftertreatment di uso corrente e futuro
DOC
Diesel Oxidation Catalyst
TWC
Three Way Catalyst
LNT
SCR
DPF
Limitazione emissioni
HC, CO
Lean NOx Trap
Limitazione emissione
NOx
Selective Catalitic Reduction
Diesel Particulate Filter
Limitazione emissione
PM
7
Quadro riassuntivo esigenze sistemi aftertreatment
DOC
TWC
SCR
Basso
P
Basso
S
LNT
Basso
S
DPF
Basse
Ash
Basso
S
Basso consumo olio
10
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Fuel
Economy
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
11
L’emissione di CO2 nel XX secolo
12
Il protocollo di Kyoto
Il protocollo di Kyoto è entrato in vigore il 16 febbraio
2005
Riduzione delle emissioni di anidride carbonica ed altri
cinque gas serra, in una misura non inferiore al 5,2%
rispetto alle emissioni registrate nel 1990 — considerato
come anno base — nel periodo 2008-2012.
Alla UE è richiesta una riduzione dell’ 8%.
13
Impegno verso la riduzione della CO2
Poiché la CO2 è considerata come l’elemento di maggior
impatto sul riscaldamento terrestre, il settore tecnologico
e industriale è fortemente coinvolto verso l’obiettivo di
riduzione dei gas serra.
Circa il 25% della CO2 totale emessa nella UE è
attribuibile al settore dei trasporti, dove gli autoveicoli
contribuiscono per circa il 50%.
La Commissione UE chiede all’ACEA l’ impegno alla
riduzione media delle emissioni di CO2 dell’intera flotta di
ciascun produttore a 130 g/km entro il 2015 contro i 160
g/km attuali. La riduzione partirà dal 2012 (interessando
il 65% della flotta) con uno step intermedio previsto nel
2014 (75% della flotta).
14
Emissioni di CO2 di una autovettura
Relazione tra consumo di combustibile e CO2 emessa
Emissioni di CO2
2.380 g per litro di benzina consumato
1.610 g per litro di Gpl consumato
2.750 g per kg di metano consumato
2.650 g per litro di gasolio consumato
Fiat Panda
Consumo
Emissioni di
CO2
1.2 alimentato a
benzina
5,6 l/100 km
133 g/km
1.2 alimentato a Gpl
7,2 l/100 km
116 g/km
1.2 alimentato a
metano
4,1 kg/100 km
113 g/km
1.3 a gasolio
4,3 l/100 km
114 g/km
Fonte: Quattroruote
15
Emissioni di CO2 di flotte automobilistiche
Marca
Media CO2 (g/km) 2008
Fiat
133,7
Peugeot
138,1
Citroën
142,4
Renault
142,7
Toyota
144,9
Ford
147,8
Opel/Vauxhall
151,1
Volkswagen
158,8
BMW
160,6
Mercedes
Gruppo
185,0
Media CO2 (g/km) 2008
Fiat
138,4
PSA (Peugeot-Citroën)
140,1
Renault
143,7
Toyota
146,9
Hyundai
150,2
Fonte: Quattroruote
16
La “FUEL ECONOMY” e l’olio lubrificante
Solo il 15% dell’energia immessa con il combustibile viene
effettivamente usata per il movimento della vettura su strada e
l’azionamento dei suoi accessori. Il resto dell’energia è perduta.
Pertanto il potenziale di miglioramento della “fuel economy”
attraverso nuove tecnologie è enorme.
L’olio lubrificante può giocare un ruolo fondamentale
nella limitazione della potenza perduta per attriti.
17
Road Map Ambientale
tempo
Fuel economy
Estrema Fuel
economy
2015
Target CO2 UE:
120130 g/km
2014
2012
2011
Elevata Fuel
economy
2009
2008
Buona Fuel
economy
E6
E5+
E5
2007
Tecnologia full saps
Tecnologia mid saps
Tecnologia low saps
Scarsa compatibilità con DPF
Buona compatibilità con DPF
Elevata compatibilità con DPF
Compatibilità con aftertreatment
19
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Fuel
Economy
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
20
Oli lubrificanti “Long-Life”
All’inizio degli anni 2000, i costruttori hanno spinto per
aumentare l’intervallo di cambio olio, che alla fine degli anni
’90, in Europa, era mediamente attestato sui 15,000 km.
 Molti costruttori hanno aumentato l’intervallo a 20,000 km con
l’impiego di oli convenzionali.
 Altri costruttori (in particolare Volkswagen e BMW) hanno emanato
specifiche per oli “Long Life” con più esasperate proprietà
antiossidanti ed antiusura al fine di garantire sui loro autoveicoli
intervalli di cambio olio teoricamente fino a 50,000 km.
 L’intervallo reale è stabilito da un sistema di monitoraggio volto
a determinare quando l’olio si avvicina presumibilmente alla fine
della sua vita utile.
21
Sistemi di monitoraggio dell’olio
Esistono due tipologie di sistemi di monitoraggio:
 La prima tipologia di sistema rileva dei parametri rappresentativi
delle condizioni operative in cui il veicolo viene esercito (ad
esempio il numero di avviamenti a freddo, le temperature del
motore, il livello di olio in coppa, i regimi e i carichi motore, la
distanza percorsa, il tempo di funzionamento del motore) che
vengono utilizzati da un algoritmo di calcolo per predire quando
l’olio deve essere sostituito.
 La seconda tipologia di sistema, oltre alle condizioni operative,
rileva anche la conducibilità elettrica dell’olio, tramite un
apposito sensore. Maggiore risulta il valore di tale parametro,
maggiore è la necessità di cambiare l’olio.
22
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Fuel
Economy
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
23
Contaminazione da Biofuel nei motori Diesel
Il fenomeno è di particolare rilevanza nei moderni motori ove è
attuata una strategia di post-iniezione per la rigenerazione del DPF
Il biofuel incombusto che condensa sulle pareti dei cilindri viene
portato verso la coppa olio dall’azione degli anelli elastici
L’olio lubrificante viene così contaminato
Il biofuel tende a restare nell’olio aumentandone
progressivamente la concentrazione
La contaminazione raggiunge livelli elevati
24
Possibili problemi derivanti dalla contaminazione
Riduzione della viscosità dell’olio
Interazione tra biofuel e additivi
Maggior rischio di usura
Produzione di soot con biofuel di bassa qualità
Corrosione dei cuscinetti
Precipitazione di morchie
Depositi e ring-sticking
Ossidazione e degradazione
DPF soot loading
25
Evoluzione dell’intervallo di cambio olio
Olio long life
Biofuel
Allungamento
intervallo
cambio olio
1998
2000
2002
Contrazione
intervallo
cambio olio
2004
2006
2008
2010
Maggiori richieste prestazionali a carico dell’olio lubrificante
Inseverimento delle specifiche sul lubrificante
26
Le forze trainanti lo sviluppo dei lubrificanti
Lo sviluppo dei nuovi lubrificanti richiede di coniugare
prestazioni elevate con la riduzione dell’impatto ambientale.
Riduzione
attriti
Long
Life
Maggiore
« oil durability »
Fuel
EconomyCONFLITTI
Biofuel
Maggiore
tolleranza
Emissioni
Basso contributo
alle emissioni
Compatibilità con
aftertreatment
27
Conflitto tra le esigenze dei sistemi di aftertreatment e le
prestazioni del lubrificante
Protezione da usura, pulizia da depositi,
contrastare conseguenze dell’EGR
alto
LIVELLO
Ash
P
S
basso
SALVAGUARDIA SISTEMI DI AFTERTREATMENT
28
Conflitto tra le esigenze di fuel economy e le prestazioni
del lubrificante
Protezione da usura
FUEL ECONOMY
alto
LIVELLO
HTHSv
VII
S
basso
FUEL ECONOMY
Protezione da depositi S. aftertreatment
29
Le forze trainanti e l’evoluzione delle specifiche
FORZE
TRAINANTI
EVOLUZIONE
SPECIFICHE
Compatibilità aftertreatment
Fuel economy
NUOVE SPECIFICHE
Long Drain
INSEVERIMENTO LIMITI
DI SPECIFICA
Uso di Biofuel
30
L’evoluzione delle specifiche europee
31
Nuove Specifiche Europee orientate verso fuel
economy e salvaguardia sistemi di aftertreatment
Comp.aftertreatment
ACEA C1
ACEA C2
ACEA C3
ACEA C4
VW 504.00 507.00
VW 502.00 505.01
BMW LL04
MB 229.31
MB 229.51
Ford WSS-M2C934A
Renault RN0720
GM DEXOS 1
GM DEXOS 2
Fiat 9.55535 S1
Fiat 9.55535 S2
Fuel economy
Prestazioni
H
M
M
M/H
H
M
M
H
M/H
M
M
M
M
M
M
H
M
M
H
M/H
M
M
M
M/H
H
M/H
M
M
M
M
H
M
H
M/H
M/H
M
H
M/H
M/H
M
M
M/H
H
M/H
M
32
Specifiche Europee orientate verso fuel economy e
salvaguardia dei sistemi di aftertreatment
P
ACEA C1
ACEA C2
ACEA C3
ACEA C4
VW 504.00 507.00
VW 502.00 505.01
BMW LL04
MB 229.31
MB 229.51
Ford WSS-M2C934A
Renault RN0720
GM DEXOS 1
GM DEXOS 2
Fiat 9.55535 S1
Fiat 9.55535 S2
S
Ash
<0.2%
<0.05%
<0.5%
0.07-0.09% <0.3%
<0.8%
0.07-0.09% <0.3%
<0.8%
<0.2%
<0.09%
<0.5%
No chemical limits / DPF test pass
>3.5 cP
>0.07%
<0.8%
<0.3%
<0.8%
<0.3%
<0.08%
<0.8%
<0.3%
<0.08%
<0.8%
<0.2%
<0.05%
<0.5%
<0.09%
<0.2%
<0.5%
<0.4%
<0.08%
<1.0%
0.07-0.09% <0.3%
<0.8%
<0.3%
<0.09%
<0.8%
<0.3%
<0.09%
<0.8%
TBN
HTHSv
>6.0
>6.0
testing
>7 +test
>6.0
>6.0
>6.0
>6.0
>6.0
>6.0
>6.0
>6.0
>2.9cP
>2.9cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>3.5 cP
>2.9cP
>3.5 cP
>2.9cP
>3.5 cP
>2.9cP
>3.5 cP
33
LE SEQUENZE EUROPEE ACEA
Sequenze combinate A/B
per benzina/Diesel
Nessun limite chimico
A1/B1
A3/B3
A3/B4
A5/B5
* Fuel economy
Sequenze C
Limiti su Fosforo,
Zolfo, Ceneri
C1
C2
C3
C4
34
ACEA A/B-04
ACEA C-07
Dicembre 2008
EVOLUZIONE DELLE SPECIFICHE ACEA
ACEA A/B-08
ACEA A/B-08
35
EVOLUZIONE DELLE SPECIFICHE ACEA
 Incremento della richiesta di prestazione anti-sludge per tutte le
categorie, eccetto A1/B1
M111 Sludge test
36
EVOLUZIONE DELLE SPECIFICHE ACEA
 Abolizione della prova VW TC D per la specifica A3/B3 e
introduzione della più severa prova VW TDI, con limiti rilassati.
 Per le restanti specifiche, incremento delle richieste prestazionali in
termini di “piston cleanliness” e “ring sticking” alla prova VW TDI
VW TDI cleanliness test
37
EVOLUZIONE DELLE SPECIFICHE ACEA
 Introduzione, al posto della vecchia prova OM602A, di un nuovo test
motoristico per la valutazione dell’usura, impiegante un combustibile
contenente il 5% FAME.
OM646 Wear test
limiti su usura distribuzione, usura cilindri, usura segmenti,
pulizia pistoni, sludge, incremento viscosità olio
38
EVOLUZIONE DELLE SPECIFICHE ACEA
VECCHIE SPECIFICHE
NUOVE SPECIFICHE
ACEA C-08
ACEA C-07
ACEA A5/B5-08
ACEA A3/B4-08
ACEA A5/B5-04
ACEA A3/B3-08
ACEA A1/B1-08
ACEA A3/B4-04
ACEA A3/B3-04
ACEA A1/B1-04
Scala di severità
39
Le specifiche per applicazioni tradizionali
Evoluzione verso una maggiore eco-compatibilità
MB 229. 3
MB 229. 5
Limiti chimici per compatibilità con aftertreatment
Ceneri solfatate:
min 0.8 / max 1.5
min 0.8 / max 1.5
TBN :
min 7.0
min 8.0
Fosforo:
min 0.05 / max 0.11
min 0.05 / max 0.11
Zinco:
min 0.04
min 0.04
Zolfo:
max 0.5
max 0.5
Cloro:
max 0.0150
max 0.0150
Fuel economy
min 1%
min 1.7%
40
L’approccio di ENI allo sviluppo di nuovi lubrificanti
LUBRIFICANTI AD ALTA
SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE
41
LA RICERCA ENI
Il settore lubrificanti autotrazione è caratterizzato in Europa,
a fronte di una riduzione dei volumi, da una esasperazione
delle prestazioni motoristiche e di sostenibilità ambientale.
La Ricerca ENI è orientata allo sviluppo di lubrificanti
innovativi, per rispondere alle richieste tecnologicamente più
avanzate e ad un aggiornamento dei prodotti per
applicazioni tradizionali.
Ciò richiede di sviluppare una nuova piattaforma tecnologica
basata su sistemi di additivazione innovativi che permetta il
rafforzamento delle proprietà prestazionali e il conferimento
di una forte valenza di eco-compatibilità orientata ai
seguenti aspetti:
• compatibilità con le nuove tecnologie di aftertreatment
volte alla riduzione delle emissioni allo scarico;
• fuel economy ed emissione di CO2.
42
13
Messa a punto di una nuova linea di prodotti
In Europa i protocolli ACEA “C” orientano le tecnologie formulative
verso la compatibilità con i sistemi di aftertreatment dei gas esausti
(oli Low/Mid SAPS a ridotto contenuto di ceneri, fosforo e zolfo) e
verso la fuel economy.
La ricerca ENI ha messo a punto una nuova piattaforma
di lubrificanti in grado di soddisfare ognuna delle
specifiche dei protocolli ACEA “C”
C1
C2
C3
C4
43
Le nuove specifiche ACEA “C”
Fuel economy
Estrema Fuel
economy
C1
C2
Elevata Fuel
economy
C4
C3
Buona Fuel
economy
Tecnologia full saps
Tecnologia mid saps
Tecnologia low saps
Scarsa compatibilità con DPF
Buona compatibilità con DPF
Elevata compatibilità con DPF
Compatibilità con aftertreatment
44
COMPATIBILITA’ CON DPF E CATALIZZATORI
LIVELLI DI CENERI SOLFATATE (ASH) E FOSFORO (P)
1.00%
Ash
0.75%
0.50%
Ash
P
Ash
P
P
Ash
P
0.25%
C1
C2
C3
C4
45
RISPARMI DI COMBUSTIBILE OTTENIBILI
PRESTAZIONI DI FUEL ECONOMY ALLA PROVA EUROPEA M111FE
3%
2%
1%
C1
C2
C3
C4
46
SPECIFICHE ADDIZIONALI CONSEGUITE
La linea di prodotti destinata alla lubrificazione delle autovetture
dotate di sistemi di trattamento dei gas di scarico, è in grado di
soddisfare un ampio ventaglio di specifiche prestazionali dei
costruttori europei.
C1
ACEA C1-08
API SM/CF
C2
ACEA C2-08
API SM/CF
ILSAC GF-4
FIAT 9.55535 S1
(level)
C3
ACEA C3-08
API SM/CF
BMW LL-04
MB 229.51
GM DEXOS 2
VW 502.00 & 505.00
C4
ACEA C4-08
API SM/CF
RENAULT RN0720
(prevista)
47
CARATTERISTICHE DEI NUOVI PRODOTTI
Uso componenti innovativi di tecnologia interna:
• disperdente senza cloro
• antiusura senza zolfo/fosforo
Impiego di una significativa quota di BASI GP IV
Minore impatto sulle
emissioni e sui DPF
Minore impatto su
depositi turbo e pistoni
48
IMPATTO DELLE BASI SUL DPF
Come evidenziato dalla nostre sperimentazioni, l’uso di basi sintetiche
(GP IV) determina più basse contropressioni allo scarico, dovute ad un
minore “DPF soot loading”, con i seguenti vantaggi:
 Minore necessità di rigenerazione del DPF
 Migliore fuel economy
49
IMPATTO DELLE BASI SUI DEPOSITI TURBO
Vi sono evidenze sul ruolo delle basi sintetiche nel limitare i
depositi a livello del Turbocompressore resi critici dal crescente
carico termico a cui sono soggetti i motori dell’ultima generazione
50
IMPATTO DELLE BASI SUI DEPOSITI AD ALTA TEMPERATURA
PROVA MTU - ESAME VISIVO DEI PROVINI DOPO 24h
Olio ACEA C3
GP III + GP IV
Stesso olio con basi modificate
FULLY GP III
51
Soddisfacimento delle severe specifiche VW
ENI si è orientata verso un olio specifico destinato
esclusivamente alla lubrificazione delle autovetture
Volkswagen per le quali è richiesto un prodotto di
altissime caratteristiche qualitative.
Tale prodotto è caratterizzato da:
• Prestazioni Longlife in grado di massimizzare gli intervalli
di cambio d’olio previsti da VW.
• Elevata compatibilità con i filtri antiparticolato.
• Elevate caratteritiche di Fuel Economy.
VW
VW 504.00
VW 507.00
52
Oli per applicazioni tradizionali con caratteristiche di
eco-compatibilità
All’avvio dell’Euro 5 (settembre 2009) una parte rilevante del
parco circolante è ancora costituita da motorizzazioni che
richiedono prodotti tradizionali: migliorarne la compatibilità con
i convertitori catalitici e la fuel economy si traduce in un
beneficio ambientale notevole per via dei volumi consistenti.
Trend parco autoveicolare in Europa
(stima su dati ACEA)
100
80
60
Euro 5
Euro 4
40
Euro 0-3
20
0
2006
2007
2008
2009
Anno
2010
2011
2012
53
Aggiornamento degli oli per applicazioni tradizionali
 La Ricerca Eni ha intrapreso un’attività di profonda
revisione della tecnologia dei lubrificanti per rispondere
efficacemente all’evoluzione delle specifiche prestazionali
europee e alle crescenti esigenze ambientali:
 Incremento delle prestazioni tradizionali per far fronte
alle criticità derivanti dall’impiego di biofuel.
 Elevata compatibilità con i catalizzatori a due/tre vie
attraverso una limitazione di fosforo e zolfo.
 Conferimento di più spiccate caratteristiche di Fuel
economy.
54
55